中职《机械基础》第二章-杆件的静力分析课件.ppt

1、P.33P.33 课件制作：课件制作：重庆市涪陵区职教中心重庆市涪陵区职教中心 数控组数控组 胡志恒胡志恒全国中职机械类统编教材全国中职机械类统编教材（高教版）（高教版）任务描述任务描述第二章第二章 杆件的静力分析杆件的静力分析P.33P.33 杆件杆件 一般把长度大于直径一般把长度大于直径 5 倍的机件称为杆件，是机械零件中比较典型的倍的机件称为杆件，是机械零件中比较典型的类型。类型。机械零件受力机械零件受力平衡平衡，才能保持正确的形态。，才能保持正确的形态。本章学习本章学习静力学静力学的基本知识，讨论物体平衡的基本规律，为分析、解决实践的基本知识，讨论物体平衡的基本规律，为分析、解决实践中

2、的问题打下基础。中的问题打下基础。力的概念与力的概念与基本性质基本性质杆杆件件的的静静力力分分析析力的概念力的概念力的基本性质力的基本性质力矩、力偶与力矩、力偶与力的平移力的平移力矩力矩力偶力偶力的平移定理力的平移定理本章知识结构本章知识结构第二章第二章 杆件的静力分析杆件的静力分析P.33P.33 约束、约束反力、力约束、约束反力、力系和受力图的应用系和受力图的应用约束与约束力约束与约束力力系力系受力图受力图平面力系的平平面力系的平衡方程及应用衡方程及应用平面力系的平衡方程平面力系的平衡方程齿轮与轴的受力分析齿轮与轴的受力分析考纲要求考纲要求第一章第一章 机械零件的精度机械零件的精度P.13

3、P.13 近年来近年来高考高考本章内容占比较小，主要是概念分析为主，没有出现计算题。本章内容占比较小，主要是概念分析为主，没有出现计算题。（1）理解力的概念及力的基本性质理解力的概念及力的基本性质 （2）能作物体受力图）能作物体受力图第一节第一节 力的概念与基本性质力的概念与基本性质 一一、力的概念力的概念P.34P.34 构件构件受力受力后的三种情况：一是平衡；二是变速运动；三是变形以至破坏。后的三种情况：一是平衡；二是变速运动；三是变形以至破坏。一、一、力的概念力的概念 力：力：是物体间的相互机械作用，这种作用使物体的运动状态或形状发生改是物体间的相互机械作用，这种作用使物体的运动状态或形

4、状发生改变。变。力的三个要素：力的三个要素：力的大小、方向和作用点。力的大小、方向和作用点。力是矢量：力是矢量：力是一个既有大小，也有方向的矢量。力是一个既有大小，也有方向的矢量。力的单位：力的单位：N（牛顿），（牛顿），KN、MN第一节第一节 力的概念与基本性质力的概念与基本性质 二二、力的基本性质力的基本性质P.34P.34 力的基本性质，有四大公理（定律），力的基本性质，有四大公理（定律），是本章重要基础，高考题时有概念是本章重要基础，高考题时有概念题出现。题出现。（1 1）作用与反作用）作用与反作用 作用力与反作用力同时存在，两力的大小相等方向相反，沿着同一直线分作用力与反作用力同时存

5、在，两力的大小相等方向相反，沿着同一直线分别作用在两个相互作用的物体上。别作用在两个相互作用的物体上。特征：特征：“等值、反向、共线、等值、反向、共线、异体异体”第一节第一节 力的概念与基本性质力的概念与基本性质 二二、力的基本性质力的基本性质P.34P.34 （2 2）二力平衡公理 使刚体在两个力作用下维持平衡状态的必要和充分条件是：两个力大小相使刚体在两个力作用下维持平衡状态的必要和充分条件是：两个力大小相等、方向相反且作用在同一条直线上。等、方向相反且作用在同一条直线上。特征：特征：“等值、反向、共线、等值、反向、共线、同体同体”第一节第一节 力的概念与基本性质力的概念与基本性质 二二、

6、力的基本性质力的基本性质P.34P.34 （3 3）力的平行四边形法则）力的平行四边形法则 作用在物体上同点的两个力，可以合成一个合力，合力的作用点仍在该点，作用在物体上同点的两个力，可以合成一个合力，合力的作用点仍在该点，合力的大小和方向由这两个力为边构成的平行四边形的对角线来表示，即合力合力的大小和方向由这两个力为边构成的平行四边形的对角线来表示，即合力为原两力的矢量和。力可能合成，也可以分解。为原两力的矢量和。力可能合成，也可以分解。矢量表达式：矢量表达式：F FR R=F=F1 1+F+F2 2A 力的合成：力的合成：A第一节第一节 力的概念与基本性质力的概念与基本性质 二二、力的基本

7、性质力的基本性质P.35P.35 （3 3）力的平行四边形法则）力的平行四边形法则 矢量表达式：矢量表达式：F FR R=F=F1 1+F+F2 2 力的分解：力的分解：一个力可以分解成任意两个一个力可以分解成任意两个方向的分力。方向的分力。A上两图中哪种情况更省力？上两图中哪种情况更省力？第一节第一节 力的概念与基本性质力的概念与基本性质 二二、力的基本性质力的基本性质P.35P.35 （3 3）力的平行四边形法则）力的平行四边形法则 矢量：矢量：F FR R=F=F1 1+F+F2 2 例：例：2 21 1 如图所示，物体重量为如图所示，物体重量为G G 20KN20KN，放，放在与水平面

8、成在与水平面成=30=30角的斜面上，试将重量角的斜面上，试将重量 G G 分解分解为沿斜面方向和垂直于斜面方向。为沿斜面方向和垂直于斜面方向。解：解：根据题意要求，将重力沿斜面方向和垂直于斜面方向按平行四边形根据题意要求，将重力沿斜面方向和垂直于斜面方向按平行四边形法则进行分解。法则进行分解。沿斜面的分力沿斜面的分力 F F1 1=G sin =G sin=20=20 sin 30sin 30=10 KN=10 KN 沿垂直于斜面的分力沿垂直于斜面的分力 F F2 2=G cos=G cos=20=20 cos 30cos 30=17.32 KN=17.32 KN 讨论：讨论：F1 F1 具

9、有使物体沿斜面向下滑动的作用，具有使物体沿斜面向下滑动的作用，F2 F2 具有压向斜面的作用。具有压向斜面的作用。第一节第一节 力的概念与基本性质力的概念与基本性质 二二、力的基本性质力的基本性质P.36P.36观察与思考观察与思考 如图所示，两人抬水桶时，两人手臂之间的夹角如图所示，两人抬水桶时，两人手臂之间的夹角大一些还是小一些更省大一些还是小一些更省力？力？1.力的三要素是力的三要素是 、和和 。2.力是使物体的力是使物体的 发生变化或使物体产生发生变化或使物体产生 的物体间的相互机械的物体间的相互机械作用。作用。3.作用于刚体上的两个力，使刚体处于平衡状态的必要和充分条件是作用于刚体上

10、的两个力，使刚体处于平衡状态的必要和充分条件是 且作用在且作用在 上。上。4.作用力与反作用力总是作用力与反作用力总是 ，两力的大小，两力的大小 方向方向 ，沿着沿着同一直线分别作用在同一直线分别作用在 相互作用的物体上。相互作用的物体上。5.只受只受 力的作用并处于力的作用并处于 状态的物体称为二力构件状态的物体称为二力构件。大小大小方向方向作用点作用点运动状态运动状态变形变形两力大小相等，方向相反两力大小相等，方向相反同一直线同一直线同时存在同时存在相等相等相反相反两个两个两个两个平衡平衡 第一节第一节 力的概念与基本性质力的概念与基本性质 巩固练习巩固练习P.36P.36 用用扳手拧螺母

11、扳手拧螺母时，螺母的转动与力时，螺母的转动与力F的大小和方向有关外，还与点的大小和方向有关外，还与点O到力到力作用线的距离作用线的距离h有关。有关。讨论：讨论：距离距离h越大，转动的效果就越好，且越省力，反之则越差。显然，越大，转动的效果就越好，且越省力，反之则越差。显然，当力的作用线通过螺母的转动中心时，则无法使螺母转动。当力的作用线通过螺母的转动中心时，则无法使螺母转动。第二节第二节 力矩、力偶与力的平移力矩、力偶与力的平移 一一、力矩力矩P.36P.36杠杆增加力臂杠杆增加力臂力与力臂力与力臂 力力对点的矩对点的矩 ：力：力F对某点对某点O的矩等于力的大小与点的矩等于力的大小与点O到力的

12、作用线距离到力的作用线距离h的的乘积。记作乘积。记作 Mo（F）Fd 式中，点式中，点O称为称为矩心矩心，h称为称为力臂力臂，Fd表示力表示力使物体绕点使物体绕点O转动效果的转动效果的大小大小，式中，式中，正负号则表明：正负号则表明：Mo（F）是一个代数量，）是一个代数量，可以用它来描述物体的可以用它来描述物体的转动方向转动方向。力矩的方向力矩的方向：使物体逆时针方向转动的力矩为正，反之为负。力矩的使物体逆时针方向转动的力矩为正，反之为负。力矩的单位单位为牛顿为牛顿米（米（Nm）或或KNm。第二节第二节 力矩、力偶与力的平移力矩、力偶与力的平移 一一、力矩力矩P.37P.37 讨论讨论：力矩为

13、力矩为0，有两种情况：一是力，有两种情况：一是力为为0，还有就是力臂为，还有就是力臂为0.力偶：力偶：大小相等、方向相反，但不作用在同一作用线上的一对平行力。大小相等、方向相反，但不作用在同一作用线上的一对平行力。注意，力偶不是二力平衡，力偶只有转动效应，而没有移动效应。注意，力偶不是二力平衡，力偶只有转动效应，而没有移动效应。第二节第二节 力矩、力偶与力的平移力矩、力偶与力的平移 二二、力偶力偶P.37P.37 （1）力偶矩的大小力偶矩的大小 （2）力偶的转向力偶的转向 在作用面内，顺时针、逆时针（为正）在作用面内，顺时针、逆时针（为正）（3）力偶作用面的方位（略）力偶作用面的方位（略）力偶

14、的三要素力偶的三要素12(,)单位与力矩相同M F FMFd 力的平移定理力的平移定理 作用在刚体上作用在刚体上A点处的力点处的力F，可以平移到刚体内任意点，可以平移到刚体内任意点O，但必须同时附，但必须同时附加一个力偶，其力偶矩等于原来的力加一个力偶，其力偶矩等于原来的力F对新作用点对新作用点O的矩。这就是力的平移定的矩。这就是力的平移定理。理。FdFMMO)(附加力偶矩第二节第二节 力矩、力偶与力的平移力矩、力偶与力的平移 三三、力的平移定理力的平移定理P.39P.39 例例22 第二节第二节 力矩、力偶与力的平移力矩、力偶与力的平移 三三、力的平移定理力的平移定理P.39P.39 例例2

15、3约束：约束：对某一物体的运动起限制作用的周围其他物体对某一物体的运动起限制作用的周围其他物体。例如，钢轨是火车的。例如，钢轨是火车的约束。约束。约束反力：约束反力：约束能阻挡物体某些方向的运动，因此必然会施加力在物体上，约束能阻挡物体某些方向的运动，因此必然会施加力在物体上，这些力称为约束力或约束反力，简称反力。这些力称为约束力或约束反力，简称反力。约束力的方向：约束力的方向：总是总是与其所限制的物体的运动方向或趋势相反。与其所限制的物体的运动方向或趋势相反。第三节第三节 约束、约束反力、力系和受力图的应用约束、约束反力、力系和受力图的应用 一一、约束与约束力约束与约束力P.40P.40 约

16、束类型：约束类型：在实际中存在着各种各样的约束，工程中一般将一些常见的约束在实际中存在着各种各样的约束，工程中一般将一些常见的约束理想化，归纳为几种基本类型，并根据各种约束的特性定性地给出其约束力的情理想化，归纳为几种基本类型，并根据各种约束的特性定性地给出其约束力的情况。况。第三节第三节 约束、约束反力、力系和受力图的应用约束、约束反力、力系和受力图的应用 一一、约束与约束力约束与约束力P.40P.40 1.柔性约束柔性约束 组成：组成：由柔性构件对物体的约束。如绳、链条等对物体的约束。由柔性构件对物体的约束。如绳、链条等对物体的约束。特点：特点：约束力通过柔性构件的中心，约束力通过柔性构件

17、的中心，约束反力方向：约束反力方向：总是背离物体方向的拉力。总是背离物体方向的拉力。第三节第三节 约束、约束反力、力系和受力图的应用约束、约束反力、力系和受力图的应用 一一、约束与约束力约束与约束力P.40P.40 2.光滑面约束光滑面约束 组成：组成：由光滑接触面构成的约束。且是理想光滑的约束（忽略摩擦）。由光滑接触面构成的约束。且是理想光滑的约束（忽略摩擦）。约束特点：约束特点：不论接触面是平面或曲面，只能限制物体沿着接触面的公法线不论接触面是平面或曲面，只能限制物体沿着接触面的公法线指向约束物体方向的运动。指向约束物体方向的运动。约束反力方向：约束反力方向：通过接触点，沿着接触面公法线方

18、向，指向被约束的物体，通过接触点，沿着接触面公法线方向，指向被约束的物体，通常用通常用N表示。表示。第三节第三节 约束、约束反力、力系和受力图的应用约束、约束反力、力系和受力图的应用 一一、约束与约束力约束与约束力P.41P.41 3.铰链约束铰链约束 组成：组成：两物体分别钻有直径相同的圆柱形孔，两物体分别钻有直径相同的圆柱形孔，用一圆柱形销钉连接起来，在不计摩擦时，即构成用一圆柱形销钉连接起来，在不计摩擦时，即构成光滑圆柱形铰链约束，简称铰链约束。光滑圆柱形铰链约束，简称铰链约束。约束特点：约束特点：这类约束只能确定铰链的约束反力这类约束只能确定铰链的约束反力为一通过销钉中心、而大小和方向

19、还没有预先确定为一通过销钉中心、而大小和方向还没有预先确定的未知力。通常此力就用两个大小未知的正交分力的未知力。通常此力就用两个大小未知的正交分力来表示。来表示。第三节第三节 约束、约束反力、力系和受力图的应用约束、约束反力、力系和受力图的应用 一一、约束与约束力约束与约束力P.41P.41 3.铰链约束铰链约束 铰链约束分类：铰链约束分类：这类约束有连接铰链、固这类约束有连接铰链、固定铰链支座、活动铰链支座等。定铰链支座、活动铰链支座等。（1）连接铰链）连接铰链（中间铰链）约束（略）（中间铰链）约束（略）两构件用圆柱形销钉连接且均不固定，即两构件用圆柱形销钉连接且均不固定，即构成连接铰链，其

20、约束反力用两个正交的分力构成连接铰链，其约束反力用两个正交的分力x和和y表示，表示，第三节第三节 约束、约束反力、力系和受力图的应用约束、约束反力、力系和受力图的应用 一一、约束与约束力约束与约束力P.41P.41 3.铰链约束铰链约束 （2）固定铰链支座约束固定铰链支座约束 如果连接铰链中有一个构件与地基或机架相连，如果连接铰链中有一个构件与地基或机架相连，便构成固定铰链支座，其约束反力仍用两个正交的分力便构成固定铰链支座，其约束反力仍用两个正交的分力x和和y表示表示.,第三节第三节 约束、约束反力、力系和受力图的应用约束、约束反力、力系和受力图的应用 一一、约束与约束力约束与约束力P.41

21、P.41 3.铰链约束铰链约束 （3）活动铰链约束活动铰链约束 在桥梁、屋架等工程结构中经常采用这种约束。在铰在桥梁、屋架等工程结构中经常采用这种约束。在铰链支座的底部安装一排滚轮，可使支座沿固定支承面移动，这种支座的约束性链支座的底部安装一排滚轮，可使支座沿固定支承面移动，这种支座的约束性质与光滑面约束反力相同，其约束反力必垂直于支承面，且通过铰链中心。质与光滑面约束反力相同，其约束反力必垂直于支承面，且通过铰链中心。第三节第三节 约束、约束反力、力系和受力图的应用约束、约束反力、力系和受力图的应用 一一、约束与约束力约束与约束力P.41P.41 4.固定端约束固定端约束 固定端约束固定端约

22、束能限制物体沿任何方向的移动，也能限制物体在约束处的转动。能限制物体沿任何方向的移动，也能限制物体在约束处的转动。所以，固定端所以，固定端A处的约束反力可用两个正交的分力处的约束反力可用两个正交的分力、和力矩为和力矩为M的力的力偶表示。偶表示。第三节第三节 约束、约束反力、力系和受力图的应用约束、约束反力、力系和受力图的应用 二二、力系力系P.41P.41 力系：力系：构件（物体）上有多个力的作用。构件（物体）上有多个力的作用。平面力系：平面力系：构件上的所有力都作用在同一构件上的所有力都作用在同一平面内。（简单情况）平面内。（简单情况）1.平面汇交力系平面汇交力系 平面力系中，若各力的延长线

23、能汇交于一点，就是平面汇交力系。平面力系中，若各力的延长线能汇交于一点，就是平面汇交力系。推论：推论：构件受三个非平行力而平衡时，三力必汇交于一点。构件受三个非平行力而平衡时，三力必汇交于一点。第三节第三节 约束、约束反力、力系和受力图的应用约束、约束反力、力系和受力图的应用 二二、力系力系P.42P.42 2.平面任意力系平面任意力系 平面力系中，若各力的作用线任意分布，就属于平面任意力系。（各力既平面力系中，若各力的作用线任意分布，就属于平面任意力系。（各力既不汇交，也不平行。）不汇交，也不平行。）第三节第三节 约束、约束反力、力系和受力图的应用约束、约束反力、力系和受力图的应用 三三、受

24、力图受力图P.43P.43 物体的物体的受力分析受力分析，就是要确定研究对象受了那些力以及每个力的作用位置和，就是要确定研究对象受了那些力以及每个力的作用位置和方向。这是解决力学问题重要的一步。方向。这是解决力学问题重要的一步。受力图受力图的画法可概括为以下几个步骤。的画法可概括为以下几个步骤。1.根据问题的要求选取研究对象，画出分离体简图；根据问题的要求选取研究对象，画出分离体简图；2.画出分离体所受的全部主动力；画出分离体所受的全部主动力；3.在分离体上原来存在约束的地方，按照约束类型逐一画出约束力在分离体上原来存在约束的地方，按照约束类型逐一画出约束力分离体简图分离体简图第三节第三节 约

25、束、约束反力、力系和受力图的应用约束、约束反力、力系和受力图的应用 三三、受力图受力图P.43P.43例例24 如所示支撑架，试画出斜杆如所示支撑架，试画出斜杆CD和水平梁和水平梁AB的受力图。（不计杆、梁质的受力图。（不计杆、梁质量。）量。）分离体简图分离体简图 二力杆：二力杆：一根杆件，如只在两端受到两个力，且处于平衡状态（一根杆件，如只在两端受到两个力，且处于平衡状态（二力平二力平衡衡），这样的杆称为），这样的杆称为“二力杆二力杆”。其受力特点是杆件受到的两力大小相等，方向。其受力特点是杆件受到的两力大小相等，方向相反且在同一直线（两力作用点的连线）上。相反且在同一直线（两力作用点的连线

26、）上。第三节第三节 约束、约束反力、力系和受力图的应用约束、约束反力、力系和受力图的应用P.44P.44观察与思考观察与思考*第四节第四节 平面力系的平衡方程及应用平面力系的平衡方程及应用 一、一、平面力系的平衡方程平面力系的平衡方程P.44P.44 平面汇交力系合成的结果是一个平面汇交力系合成的结果是一个合力。合力。若平面汇交力系的合力为零，物体处于若平面汇交力系的合力为零，物体处于平衡状态平衡状态，则该力系不，则该力系不会引起物体的运动状态发生变化。会引起物体的运动状态发生变化。能使物体处于平衡状态的力系称为能使物体处于平衡状态的力系称为平衡力系平衡力系。1平面平面汇交汇交力系的力系的平衡

27、方程平衡方程 平面平面汇交汇交力系的力系的平衡方程为：平衡方程为：00XYFF 平面平面汇交汇交力系的力系的平衡方程表述为：平衡方程表述为：力系中各力在坐标轴上投影力系中各力在坐标轴上投影的代数和等于零。的代数和等于零。*第四节第四节 平面力系的平衡方程及应用平面力系的平衡方程及应用 一、一、平面力系的平衡方程平面力系的平衡方程P.45P.45 2平面平面任意任意力系的力系的平衡方程平衡方程 平面平面汇交汇交力系的力系的平衡方程为：平衡方程为：000XYOFFM 平面平面任意任意力系的力系的平衡方程表述为：平衡方程表述为：力系中各力在坐标轴上投影力系中各力在坐标轴上投影的代数和等于零的代数和等

28、于零,且各力对平面内任意一点的力矩的代数和为零。且各力对平面内任意一点的力矩的代数和为零。*第四节第四节 平面力系的平衡方程及应用平面力系的平衡方程及应用 一、一、平面力系的平衡方程平面力系的平衡方程P.45P.45例例25 如图所示，圆柱形储罐架在砖座上，储罐半径如图所示，圆柱形储罐架在砖座上，储罐半径 r=0.5 m,G=24 kN,罐座间距离罐座间距离 l=0.8 m,试求砖座对储罐的约束力。试求砖座对储罐的约束力。*第四节第四节 平面力系的平衡方程及应用平面力系的平衡方程及应用 一、一、平面力系的平衡方程平面力系的平衡方程P.45P.45例例25*第四节第四节 平面力系的平衡方程及应用

29、平面力系的平衡方程及应用 二、二、齿轮与轴的受力分析齿轮与轴的受力分析P.46P.46 1.直齿圆柱齿轮的受力直齿圆柱齿轮的受力cossinFrFnFtFn*第四节第四节 平面力系的平衡方程及应用平面力系的平衡方程及应用 二、二、齿轮与轴的受力分析齿轮与轴的受力分析P.47P.47 1.斜齿圆柱齿轮的受力斜齿圆柱齿轮的受力*第四节第四节 平面力系的平衡方程及应用平面力系的平衡方程及应用 二、二、齿轮与轴的受力分析齿轮与轴的受力分析P.47P.47 1.轴的受力分析轴的受力分析*第四节第四节 平面力系的平衡方程及应用平面力系的平衡方程及应用 三、三、功率与效率功率与效率P.48P.48 1.功率

30、功率 单位时间所作的功称为单位时间所作的功称为功率功率，用，用P表示，单位：表示，单位：W、kW。WPt 功率是机器的主要指标之一，它代表机器的工作能力。功率是机器的主要指标之一，它代表机器的工作能力。对于回转运动，作用在轮轴上的转矩为：对于回转运动，作用在轮轴上的转矩为：9550PMNmn 在机器功率一定时，转矩和转速成正比。转速大时转矩小，转速小时转矩大。在机器功率一定时，转矩和转速成正比。转速大时转矩小，转速小时转矩大。如：轿车爬上坡时，要减速以获得较大转矩。如：轿车爬上坡时，要减速以获得较大转矩。*第四节第四节 平面力系的平衡方程及应用平面力系的平衡方程及应用 三、三、功率与效率功率与

31、效率P.48P.48 2.机械效率：机械效率：有用功率：有用功率：输入功率中的一部份用于克服有用阻力以完成指定的工作需要输入功率中的一部份用于克服有用阻力以完成指定的工作需要的功率，也称输出功率。的功率，也称输出功率。无用功率：无用功率：输入功率中的一部份用于克服机械传动中的无用阻力所消耗的输入功率中的一部份用于克服机械传动中的无用阻力所消耗的功率。功率。如消耗在摩擦、发热损失上。如消耗在摩擦、发热损失上。机械效率机械效率：机器工作时，输出的功率与输入功率之比。机器工作时，输出的功率与输入功率之比。输入功率输入功率P有用功率有用功率P1无用功率无用功率P2输出功率输出功率121PPPPP*第四节第四节 平面力系的平衡方程及应用平面力系的平衡方程及应用 三、三、功率与效率功率与效率P.45P.45 例例27 用车刀切削一直径为用车刀切削一直径为 d 的零件外圆，如图所示，的零件外圆，如图所示，d 200 mm,车车床齿轮效率床齿轮效率 0.8，切削时车床主轴转速，切削时车床主轴转速 n=180 r/min，主轴转矩，主轴转矩M=250 Nm，求：，求：（1）切削速度、切削力；切削速度、切削力；（2）切削消耗的功率；）切削消耗的功率；（3）电动机功率。）电动机功率。全国中职机械类统编教材（高教版）全国中职机械类统编教材（高教版）